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随着现代医学和生物科技的发展,越来越多的人工材料和器件在生物及医学相关领域得到广泛的应用,随之产生的生命体系和材料之间的界面相互作用,对于材料的生物相容性、材料功能的实现与否,则成为了一项关键的甚至决定性的因素。因此,对于解决这种界面相互作用所带来的各种问题,从材料的角度探索对其表面物理及化学性质的智能调控,提供了一种重要的策略。近年来,传统的刺激响应性生物界面材料已然取得了一些重要成果,然而外界物理或化学触发因素的存在,使得这种智能材料体系对于当前生物领域的应用并非最理想的选择。因此,进一步探索开发基于生物体系自身触发因素或刺激源的智能生物界面材料,则显得尤为迫切。在生命体系中,糖和蛋白质之间的相互作用作为众多生物识别的基础广泛地参与到多种宏观生命活动中,并且研究结果表明糖和蛋白质之间的识别涉及到多种非共价键弱相互作用。因此,依托生物分子间的识别,利用非共价键弱相互作用驱动材料宏观性质的转变,进而实现特殊的生物功能或新型的器件应用,是一种创新性的智能生物界面材料设计与开发策略。在本文中,我们设计并开发了一种新型多组分智能聚合物基界面材料,系统性地研究了糖-肽之间弱相互作用驱动的材料多种表面宏观性质的响应性转变,详细地分析了其内在分子机制,并进一步探索了这种智能聚合物材料在糖肽富集领域的应用潜力。主要内容如下:1.结合课题组的界面材料研究特色,依托“Recognition（识别单元）-Mediating（调节单元）-Function（功能转换单元）”（简称R-M-F）的聚合物三单元设计理念,我们将糖基单元引入到聚合物中,设计了一种三组分智能聚合物PNI-co-PT-co-Glc,并利用表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）方法在硅片、表面结构化硅片以及石英晶体微天平金涂层芯片基底上接枝这一聚合物制得智能聚合物膜材料。另外,基于同样的设计,还开发了一系列参照聚合物膜PNI-co-PT-co-Ac4Glc、PNI-co-PT、PNI-co-Glc等,这些聚合物膜材料的成功制备为后续糖-肽间相互作用及其表面性质的研究奠定了坚实的基础。2.我们针对性的设计了一系列多肽并配制成溶液来浸泡处理聚合物膜,然后采用多种方法研究聚合物膜不同表面性质对多肽的响应性变化。表面接触角研究结果表明聚合物膜PNI-co-PT-co-Glc经过芳环类多肽FFF处理后,膜表面静态接触角从初始值92±2°变化到47.4±2°,而其他相对亲水多肽仅造成接触角发生较小变化;当与结构化基底结合后,聚合物膜PNI-co-PT-co-Glc在FFF处理后能实现从超疏水性到超亲水性的转变,这种转变在水处理后表现出优秀的可逆性。另外,参照聚合物膜的研究表明,三单元R-M-F设计中,糖基Glc单元参与了对不同种肽的识别,即使在其上羟基完全被乙酰基保护起来的情况下;苯基硫脲PT单元增加了聚合物膜的初始接触角,为响应性浸润性变化提供了较大的可操作空间;PNIPAAm单元主要扮演了柔性主链引导链构象转变的角色。3.聚合物膜PNI-co-PT-co-Glc表面水粘附性研究结果与浸润性测试结果相吻合,即聚合物膜经过芳环多肽FFF处理后,在亲水性增强的同时水粘附性也大幅度增加;而其他非芳环多肽仅造成轻微的变化。另外,QCM-D吸附研究表明,聚合物膜PNI-co-PT-co-Glc对于FFF的吸附量较大,Δf为39 Hz左右,同时造成能量耗散增加,ΔD为7.2×10-6左右,且变化幅度显著地大于其他非芳环多肽。同时,AFM研究表明对FFF的吸附进一步导致聚合物膜变软,在膜表面杨氏模量平均值上表现为从初始的97.7±5.6 MPa降低到17.5±1.5 MPa。4.在前述工作基础上,我们进一步利用荧光滴定、核磁滴定以及红外研究等方法从单分子层次上研究其分子间作用,并且另从聚合物膜PNI-co-PT-co-Glc温度响应性角度探索了聚合物的构象转变性质,并依托这些结果详细讨论了聚合物膜PNI-co-PT-co-Glc在经芳环多肽FFF的处理后,所表现出的多种表面宏观性质发生大幅度转变的内在机制。即识别单元糖基Glc与FFF之间通过CH-π相互作用结合形成络合物,导致初始聚合物中各单体之间所形成的氢键网格的破坏,聚合物因此由初始时的相对紧缩构象转变为结合FFF后的相对松散构象,同时聚合物膜表面的各种宏观性质随之发生大幅度的转变。5.基于前述工作,我们进一步探索了这一智能聚合物PNI-co-PT-co-Glc在糖肽富集中的应用潜能。首先,对经天然糖肽中经常出现的不同单糖处理后的聚合物膜,研究其表面性质的响应性变化发现,这一智能聚合物可选择性地与唾液酸发生相互作用,导致其构象变得蓬松,表面变得更亲水、更软,并且这种变化在与水作用后可表现出可逆性。依托智能聚合物PNI-co-PT-co-Glc能选择性识别唾液酸及其自身响应性特性,我们进一步评估其对唾液酸糖肽的富集效果。富集结果证实,对于糖蛋白Fetuin样品,聚合物基材料PNI-co-PT-co-Glc@SiO2能在增加淋洗液中水的比例并调节pH后富集出26条糖肽,甚至能在100倍的非糖蛋白BSA干扰下（Fetuin:BSA=1:100）富集出24条糖肽,且大多数为唾液酸糖肽。因此,综上所述,智能聚合物PNI-co-PT-co-Glc对于唾液酸糖肽的富集呈现出较好的选择性和抗干扰性,并为新型高效富集材料的设计提供了指导。